DE69802398T2

DE69802398T2 - Verbessertes verfahren zur temperaturkontrolle im wirbelschichtbett

Info

Publication number: DE69802398T2
Application number: DE69802398T
Authority: DE
Inventors: Jeremy Hartley; James Mcneil; Roberts Parrish
Original assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Current assignee: Union Carbide Chemicals and Plastics Technology LLC
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: US5990250A; ES2162706T3; PT986587E; EP0986587B1; EP0986587A1; JP2002501569A; AU7803198A; BR9809707A; WO1998054231A1; CA2291633A1; AU722190B2; DE69802398D1; ATE208405T1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die verbesserte Kontrolle der Temperatur eines Wirbelschichtbetts durch Verstellen des Kühlwasserflusses und des Umlaufgasflusses während Olefin-und/oder Diolefinpolymerisationen.

Hintergrund der Erfindung

Die Polymerindustrie versucht fortlaufend, die Harzeigenschaften zu verbessern, während die Polymerproduktion erhalten bleibt oder zunimmt. Um jedoch das Risiko von ungeplantem Stillsetzen des Reaktors zu vermeiden, werden kommerzielle Reaktoren typischerweise mit weniger als den maximalen Produktionsraten betrieben.
Die Produktion von minderwertigem Polymer, d. h. von Polymer, das nicht die gewünschten Produkteigenschaften besitzt, beruht großteils auf Fluktuationen oder Abweichungen der Betttemperatur während des regulären kommerziellen Betriebs. Wenn die Schwankung in der Temperatur des Wirbelschichtbetts während der Polymerisation zu groß ist, kann dies ein ungeplantes Stillsetzen des Reaktors zur Folge haben. In der Tat beruhen die meisten ungeplanten Stillsetzungen des Reaktors gewöhnlich auf einer Schwankung in einem oder mehreren Betriebsgrenzen, zumindest teilweise verursacht durch unadäquate Temperaturkontrolle des Wirbelschichtbetts.
Kommerziell wird die Betttemperaturkontrolle erreicht, indem aus dem Wirbelschicht- oder Umlaufgas über einen oder mehrere wassergekühlte Wärmeaustauscher Wärme abgeführt wird. In diesem Wärmeaustauschsystem wird der Wasserfluss eingestellt, um Wärme von dem Umlaufgas zu abführen, wenn die Polymerisation fortschreitet. Typischerweise wird die Wasserflussrate in Antwort auf einen Temperaturanstieg des Umlaufgases erhöht oder die Wasserflussrate wird in Antwort auf eine Temperaturabnahme des Umlaufgases gesenkt. Allgemein besteht während der Polymerisation eine direkte Korrelation der Umlaufgastemperatur und der Temperatur des Wirbelschichtbetts.
Die Temperaturkontrolle für kommerziellen Betrieb, wie sie gegenwärtig praktiziert wird, ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. In diesem Reaktorsystem verlässt warmes Umlaufgas die Oberseite des Reaktors, strömt durch einen Kompressor zu einem Kühlturm in einen Wärmeaustauscher, und dann kehrt das abgekühlte Umlaufgas zum Boden des Reaktors zurück. In Fig. 1 wird Wärme aus dem Umlaufgas über einen wassergekühlten Wärmeaustauscher abgeführt. Der Wasserfluss zu dem Wärmeaustauscher wird eingestellt, um die Wärme von dem Umlaufgas zu abführen, indem das Wasserflussventil (9) in Antwort auf Temperaturabweichungen eingestellt wird, die durch einen Temperaturregler (4) überwacht werden. Das heißt, bisher wird die Betttemperaturkontrolle allein durch Einstellung der Umlaufgaswärme erzielt. Die Wärmeabfuhr aus dem Umlaufgasfluss in dieser Weise ist ein relativ langsamer Prozess, der erlaubt, dass signifikante Schwankungen in der Betttemperatur auftreten. In dem herkömmlichen System wurde der Wasserfluss zu dem Wärmeaustauschersystem eingestellt, um die Umlaufgaswärme zu abführen, während der Umlaufgasfluss zu und von dem Wirbelschichtbett des Reaktors für jeden gegebenen Polymerisationsprozess auf einem gewünschten festen (d. h. konstanten) Wert gehalten wurde. Häufig wurde das Umlaufgasflusskontrollelement festgehalten, das wiederum den Gasumlauffluss angenähert festlegt. In dieser Konfiguration der Betttemperaturkontrolle war, wegen der langsamen Dynamik des Wasserkühlsystems, die Betttemperaturkontrolle eingeschränkt (d. h. sie ergab eine träge Reaktion).
Daher gibt es einen zunehmenden Bedarf nach einer verbesserten Betttemperaturkontrolle, um eine verbesserte Kontrolle von Produkteigenschaften zu erzielen, während die Produktionsraten erhalten bleiben oder zunehmen.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Produkteigenschaftskontrolle durch effizientere Kontrolle der Betttemperatur vorzusehen. Mittels der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, mit höheren Produktionsraten zu arbeiten, da man sich den Prozessgrenzen enger annähern kann, wenn die Betttemperatur schneller kontrolliert wird. Die Wahrscheinlichkeit von starken Temperaturabweichungen und die resultierenden Betriebsunterbrechungen werden mit der verbesserten Betttemperaturkontrolle der vorliegenden Erfindung reduziert. Diese und andere Aufgaben werden in der vorliegenden Erfindung durch gleichzeitige und koordinierte Einstellung der Wasserflussrate und der Umlaufgasflussrate zum Kontrollieren der Betttemperatur erreicht.
Die Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Polymerisation von (a) einem oder mehreren Alpha-Olefinen und optional zumindest einem Dien, oder (b) eines Diolefins in einem Gasphasen-Wirbelschichtbettreaktor oder einem Rührtankreaktor mit einem Mittel zum Einstellen der Kühlung des Umlaufgases in der Gegenwart eines Polymerisationskatalysators, optional in der Gegenwart eines inerten Partikelmaterials, unter Polymerisationsbedingungen einschließlich Sollreaktionstemperatur, -druck, - umlaufflussrate, -wasserkühlflussrate für gewünschte Harzeigenschaften, welches die Schritte aufweist:
(i) Einrichten von Grenzen für den Umlaufgasfluss, um für eine gewünschte Fluidisierung zu sorgen;
(ii) Einrichten einer gewünschten Reaktorbetttemperatur;
(iii) Bestimmen der Ist-Betttemperatur, wenn die Polymerisationsreaktion fortschreitet;
(iv) Bestimmen der Wasserflussrate, die erforderlich ist, um (a)
die Betttemperatur mit einer Sollbetttemperatur in Übereinstimmung zu bringen, und (b) die Umlaufgasflussrate auf die Sollumlaufgasstellung zu bringen;
(v) Bestimmen der Stellung des Umlaufgasventils (oder eines anderen Flusseinstellelements) oder der Umlaufgasflussrate, die erforderlich ist, um die Ist-Betttemperatur mit der Sollbetttemperatur in Übereinstimmung zu bringen;
(vi) falls eine Innenschleife vorhanden ist, dann Bestimmen der Ventilstellung zum Erhalten des gewünschten Umlaufflusses;
(vii) Einstellen des Wasserventils und des Umlaufgasventils um Beträge, die erforderlich sind, um die vorangehenden Schritte durchzuführen; und optional
(viii) Einstellen der Sollumlaufgeschwindigkeitsstellung, um Reaktorfluidisierungseigenschaften zu beeinflussen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schema des herkömmlichen Verfahrens der Betttemperaturkontrolle, worin Wärme aus dem Wirbelschichtgas über einen wassergekühlten Wärmeaustauscher abgeführt wird, d. h. ein Wasserfluss zu einem Wärmeaustauschersystem zum Abführen der Umlaufgaswärme eingestellt wird. Fig. 2 ist ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Betttemperaturkontrolle, worin Wärme aus dem Wirbelschichtgas über einen wassergekühlten Wärmeaustauscher durch Einstellen sowohl der Wasserflussrate zu dem Wärmeaustauschersystem als auch der Umlaufgasflussrate zu dem Wirbelschichtreaktor entfernt wird. In den Fig. 1 und 2 ist 1 = Reaktor; 2 = Wirbelschichtabschnitt des Reaktors; 3 = Mitriss-Löseabschnitt des Reaktors; 4, 4A und 4B jeweils = Temperaturregler; 5 = Umlauf-(Rückführ)-Leitung; 6 = Kompressor(en); 7 = Wärmeaustauscher; 8 = Umlaufgasventil; 9 = Wasserflussventil; und 10 = Temperaturkontroll-Setzpunkt. Fig. 3 ist ein Schema des Reaktorsystems und -verfahrens von Anspruch 1. Die Nummerierung ist in den Fig. 1 und 2 gleich, außer, daß 8 = Kompressoreinlassleitschaufeln.

Detailbeschreibung der Erfindung

Das hergestellte Polymer kann ein Homopolymer eines Alpha-Olefins, ein Copolymer von zwei oder mehr Alpha-Olefinen sein. Optional kann ein nicht konjugiertes Dien in dem Copolymer enthalten sein. Homopolymere konjugierter Diolefine, wie etwa Butadien, Isopren, Styrol u,.dgl. können auch mittels des Verfahrens hergestellt werden. Brauchbarere Alpha-Olefine besitzen allgemein 2 bis 12 Kohlenstoffatome, bevorzugt 2 bis 8 Kohlenstoffatome. Beispiele von Alpha-Olefinen sind Ethylen, Propylen, Buten-1, Hexen-1, 4-Methyl-1-penten und Octen-1.
Die bevorzugten Homopolymere sind Polyethylen, Polypropylen, Polybutadien, Polyisopren. Bevorzugte Copolymere beinhalten Ethylen- Propylencopolymer und Ethylen-Butencopolymer. Bevorzugte Terpolymere enthaltende Diene können Ethylen-Propylen und ein Dien enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethylidennorbornen, Octadien, einschließlich Methyloctadien (d. h. 1-Methyl-1,6-octadien und 7-Methyl- 1,6-octadien), Hexadien, Dicyclopentadien und Gemischen davon besteht. Andere solche Diene sind z. B. in dem U.S. Patent Nr. 5,317,036 offenbart. Polybutadien, Polyisopren, Polystyrol, Butadien-Styrolcopolymer und Butadien-Isoprencopolymer u. dgl. können mittels des Verfahrens der Erfindung hergestellt werden. Wenn bei der Polymerisation Diene oder Diolefine verwendet werden, wird bevorzugt ein inertes Partikelmaterial verwendet, wie es etwa in dem U.S. Patent Nr. 4,994,534 offenbart ist. Solche inerten Partikelmaterialien können beispielsweise Ruß, Siliciumdioxid, Ton, Talkum und Gemische davon enthalten, wobei Ruß, Siliciumdioxid und ein Gemisch davon am meisten bevorzugt ist.
Wenn ein inertes Partikelmaterial bei einer Polymerisation verwendet wird, ist dies in einer Menge vorhanden, die von 0,3 bis 80 Gew.-% reicht, bevorzugt 5 bis 75 Gew.-%, am meisten bevorzugt 5 bis 50 Gew.-% auf der Basis des Gewichts des Endpolymers oder des hergestellten elastomeren Produkts.
Es kann jeder Katalysator, der herkömmlich zur Herstellung der oben erwähnten Polymere verwendet wird, zur Polymerisation in dem Verfahren der Erfindung benutzt werden. Solche Katalysatoren können Phillips- Katalysatoren, Ziegler-Katalysatoren, Ziegler-Natta-Katalysatoren, die Übergangsmetalle wie etwa Vanadium, Chrom, Titan und Metallocene enthalten, einschließen. Andere Katalysatoren können Verbindungen enthalten, die ein Seltenerdenmetall, Nickel, Kobalt, anionische Katalysatoren, wie etwa Butylithium und Single-site und Single-site-artige Katalysatoren umfassen. Die Katalysatoren können befestigt, nicht befestigt, löslich oder in flüssiger Form, sprühgetrocknet oder präpolymerisiert sein. Bei Bedarf kann ein gemischter Katalysator aus zwei oder mehr metallhaltigen Verbindungen oder Vorläufern verwendet werden.
Gasphasenpolymerisationen der Erfindungen können in herkömmlichen, kondensierter-Modus-, einschließlich induzierter-kondensierter-Modus- und Flüssigmonomermodus-Verfahren durchgeführt werden. Solche Verfahren sind z. B. in den U.S. Patenten Nr. 4,540,755; 4,619,980; 4,735,931; 5,066,736; 5,244,987; 5,115,068; 5,137,994; 5,473,027; 4,450,758; 4,804,714; 4,994,534; 5,304,588; 5,317,036; 5,454,471; 5,543,399; 4,588,790; 5,352,749; 5,462,999; 5,453,471 sowie WO 96/04322 und WO 96/04323 offenbart. Die in diesen Verfahren hergestellten Polymere sind granulär, freifließend, ohne dass zusätzliches physikalisches Quetschen oder Pulverisieren erforderlich ist. Polymere, die mittels inertem Partikelmaterial hergestellt werden, haben zusätzlich einen Kern- Schalenaufbau, wie im U.S. Patent Nr. 5,304,588 offenbart.
In der Erfindung wird ein Wirbelschichtbett gewöhnlich aus dem gleichen Harzgranulat gebildet, das in dem Reaktor herzustellen ist. Somit ist, im Verlauf der Polymerisation, das Bett gebildet aus geformten Polymerpartikeln, wachsenden Polymerpartikeln und Katalysatorpartikeln, fluidisiert durch Polymerisation und Modifizieren von gasförmigen oder flüssigen Komponenten die mit einer Flussrate oder Geschwindigkeit eingeführt werden, die ausreicht, damit sich die Partikel trennen und als Fluid wirken. Das Wirbelschichtgas ist aus der Anfangseinspeisung, der Aufbau-Einspeisung und dem Umlauf (Rücklauf) Gas gebildet, d. h. Comonomeren, und, bei Bedarf Modifizierern (z. B. optional Wasserstoff) und/oder inertem Trägergas (z. B. Stickstoff, Argon, ein C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkane, wie etwa Ethan, Methan, Propan, Butan, Isopentan u. dgl.).
Die Teile des Reaktionssystems sind das Gefäß, das Bett, Einlass- und Auslassrohre, einen oder mehrere Kompressoren, einen oder mehrere Umlaufgaskühler (auch als Wärmeaustauscher bezeichnet) sowie ein Produktaustragssystem. In dem Gefäß befindet sich, über dem Bett, eine Geschwindigkeitsminderungs- (oder Mitriss-Löse)-Zone, und in dem Bett befindet sich eine Reaktionszone. Beide befinden sich über einer Gasverteilerplatte, die auch bevorzugt verwendet wird. Typische Wirbelschichtbettreaktoren und Prozesse sind in den U.S. Patenten Nr. 4,482,687 bzw. 4,302,565 beschrieben.
Für die Alpha-Olefinpolymere kann die Produktzusammensetzung geändert werden, indem man die Molverhältnisse der in das Wirbelschichtbett eingeführten Comonomere ändert. Produkte, die mittels eines der Monomere hergestellt sind, werden kontinuierlich in granulärer oder Partikelform aus dem Reaktor abgeführt, wenn sich der Bettpegel mit der Polymerisation aufbaut. Die Produktionsrate wird teilweise durch Einstellen der Katalysatorzufuhrrate kontrolliert. Das Wasserstoff/Monomer- Molverhältnis oder andere Reaktanten-Konzentrationen (z. B. zugeführtes Comomoner, zugeführtes Kettenbeendigungsmittel, wie etwa Wasserstoff oder ein Gift wie etwa Sauerstoff), können eingestellt werden, um die durchschnittlichen Molekeulargewichte zu kontrollieren.
Die Verweilzeit des Reaktantengemischs, einschließlich gasförmiger und flüssiger Reaktanten, Katalysator und Harz in dem Wirbelschichtbett kann im Bereich von 30 Minuten bis 12 Stunden liegen und liegt bevorzugt im Bereich von 30 Minuten bis 5 Stunden.
Der Gesamtdruck in dem Wirbelschichtbettreaktor kann in dem Bereich von 0,7 bis 4,2 MPa (100 bis 600 psi (Pfund pro Quadratzoll)) liegen und liegt bevorzugt im Bereich von 1,4 bis 3,15 MPa (200 bis 450 psi). Der Teildruck des primären Monomers oder des alleinigen Monomers wird eingestellt, um bestimmte Produkteigenschaften und Reaktorbetriebswirkungsgrade zu erreichen. Allgemein sind die Kompromisse in den Reaktorbetriebswirkungsgraden, wie etwa z. B. Verlust von Rohmaterial und/oder Katalysatorproduktivität so, dass man bestimmte Produkteigenschaften erreicht, wie etwa Molekulargewicht und/oder Molekulargewichtverteilung. Wenn Comonomere vorhanden sind, wird der Ausgleich des Gesamtdrucks durch andere Comonomere als das primäre Monomer und/oder ein Inertgas oder Gase wie etwa Stickstoff und inerte Alkane gebildet. Die Temperatur in dem Reaktor kann in dem Bereich von 10ºC bis 130ºC liegen und liegt bevorzugt im Bereich von 35ºC bis 120 ºC. Der Reaktor läuft im kontinuierlichen Modus, in dem Polymergranulat typischerweise in 272 bis 2267 Kilogramm (600 bis 5000 Pfund) Aliquots abgezogen wird, während die Polymerisation fortschreitet. In dem kontinuierlichen Modus wird das Produktaustragssystem freigegeben, nachdem das Bettgewicht typischerweise 8,143 bis 81,646 kg (40.000 bis 180.000 Pfund) aufbaut, und die Austragrate wird geändert, um einen gewünschten Bettpegel oder ein gewünschtes Bettgewicht einzuhalten.
Ein typischer Lauf in einem Gasphasen- oder Rührwirbelschichtreaktor beginnt mit Monomer(en), die in den Reaktor geladen werden und die Zuführungen eingestellt werden, bis die gewünschte Gaszusammensetzung erreicht ist. Gewöhnlich wird, vor dem Starten der Katalysatorzufuhr, eine anfängliche Cokatalysatorladung hinzugefügt, um evtl. in dem Reaktor vorhandene Gifte auszuspülen. Nach Beginn der Katalysatorzufuhr wird bzw. werden Monomer(e) zu dem Reaktor so ausreichend hinzugefügt, um die Gaskonzentrationen und -verhältnisse einzuhalten. Die Cokatalysatorzufuhr wird, wenn separat zugeführt, allgemein proportional zur Katalysatorzufuhrrate gehalten. Allgemein wird ein Anfahrbett verwendet, um das Aufrühren und Verteilen des Katalysators während des Anfangsteils des Betriebs zu erleichtern.
In dem Verfahren der Erfindung wird das bzw. werden die zu polymerisierende(n) Monomer(e), ein geeigneter Katalysator zur Herstellung des gewünschten Polymers und der Reaktortyp sowie die Prozesstemperatur, der Druck und die Verweilzeit bereitgestellt. Dann werden die oben erwähnten Schritte (i) bis (viii) durchgeführt. Diese Schritte können mit automatischen Kontrollen (einschließlich analoger oder computerisierter Kontrollen) oder manueller Kontrollen erreicht werden, wobei automatische Kontrollen bevorzugt sind. In dem gesamten Prozess werden die Komponenten und die Bedingungen so gewählt, dass sie den Reaktorbetrieb, die Harzeigenschaften nicht nachteilig beeinflussen oder die räumlichen Eingrenzungen des Reaktors beschädigen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt eine deutlich verbesserte Reaktorbetttemperaturkontrolle durch koordinierte Wasserkühlsystem- und Umlaufgasflusseinstellung. In der Vergangenheit wurde die Umlaufgaseinstellung nicht verwendet, weil man glaubte, dass diese Einstellung die Fluidisierung innerhalb des Reaktors unterbrechen würde. Das heißt, das Absenken der Flussrate des Umlaufgases zu dem Reaktor würde zur Folge haben, dass sich das Wirbelschichtbett defluidisiert oder absetzt; umgekehrt würde das Anheben der Flussrate des Umlaufgases zu dem Reaktor zur Folge haben, dass das Wirbelschichtbett aus der Oberseite des Reaktors hinausbläst und/oder Polymerpartikel in den Mitriss- Löseabschnitt (auch als Expansionsabschnitt bezeichnet) des Reaktors hängenbleiben. Diese beiden Szenarios würden allgemein zu einem teuren Stillsetzen des Reaktors und zur Herstellung von minderwertigen Polymerprodukt führen. Zusätzlich war es bekannt, dass kleine Änderungen des Umlaufgasflusses kaum Einfluss auf die Gesamtwärme haben, die aus dem Reaktionssystem abgeführt wird. Änderungen in dem Umlaufgas beeinflussen die Betttemperatur nur für eine kurze Zeit, während die Wärme aus dem Reaktor abgeführt wird, jedoch nicht aus dem Kühlzyklus. Daher haben Änderungen des Umlaufgasflusses nur einen vorübergehenden Effekt auf der Reaktorbetttemperatur.
Die vorliegende Erfindung nutzt den Vorteil des schnellen kurzfristigen Effekts der Umlaufgaseinstellung in Koordination mit den langsameren langfristigen Effekt der Wasserkühlsystem-Einstellung. Die Umlaufgasflussrate ändert sich zwischen der Rate, die das Bett absetzen oder kollabieren lassen würden, und der Rate, die ein exzessives Mitreissen verursachen würde und einen wesentlichen Teil des Betts aus der Oberseite des Reaktors drücken würde. Bei der Durchführung der Erfindung bewegt sich der Umlaufgasfluss etwa um einen Sollwert, um hierdurch einen erforderlichen Gasgeschwindigkeitsbereich einzuhalten. Änderungen des Umlaufgasflusses sorgen für schnelle Änderungen in der Betttemperatur, während Änderungen des Wassersystems für eine Wärmeabfuhr aus dem System sorgen. Das Wärmeabfuhrsystem wird eingestellt, um die Betttemperatur zurück auf den Setzpunkt und den Umlaufgasfluss zurück zum Sollwert zu zwingen.
Die Erfindung kann manuell oder mittels einer Vielzahl von Steuerstrukturen erreicht werden. Diese Verfahren beinhalten auf Modellen beruhende Kontrollverfahren sowie traditionelle analoge Kontrollverfahren. Kommerziell verfügbare auf Modellen beruhende Kontrollverfahren, wie etwa Dynamic Matrix Control, können verwendet werden, wenn die Reaktionstemperaturantwort geeignet ist. Analoge Kontrollverfahren können über einen breiteren Bereich von Prozessbedingungen angewendet werden. Proportional-Intergral-Differenzial (PID) und Proportional-Differenzial (PD)- Regler können einfach verwendet werden, und repräsentieren ein bevorzugtes Verfahren. In einer bevorzugten Ausführung ist der Betttemperatur-Wasserventilregler (TC-1) ein PID-Regler, während die Betttemperatur/Gasumlaufventilregler(TC-2) ein PD-Regler ist. Solche Kontrollfunktionen sind kommerziell leicht verfügbar und sind bei Honeywell, Foxboro, ABB und anderen erhältlich.
Es folgt eine detaillierte Erläuterung der Schritte der vorliegenden Erfindung, die zur Betttemperaturkontrolle verwendet werden.
(i) Einrichten von Grenzen für den Umlaufgasfluss, um für die gewünschte Fluidisierung für das herzustellende Polymer zu sorgen. Ein Sollumlauffluss und ein zulässiger Bereich sind allgemein für einen gegebenen Satz von Produktpolymerisationsbedingungen konstant. Der Sollumlauffluss und der zulässige Bereich des Umlaufflusses sind beide Funktionen von Temperatur, Druck und Zusammensetzung des Umlaufgases und der Bettmaterialcharakteristiken. Die Bettmaterialcharakteristiken beinhalten Partikelgröße, Harzdichte, Klebrigkeit etc. Ein Sollwert für den Umlaufgasfluss ist derart eingerichtet, dass eine adäquate Fluidisierung des Reaktorbetts erhalten bleibt, und derart, dass keine unakzeptablen Pegel von Bettpartikeln aus dem Reaktor in das Umlaufrohr oder in den Mitrissabschnitt des Reaktors getragen werden. Bei dem Verfahren der Erfindung wird der Umlaufgasfluss in einem Bereich von ± 20% eingehalten, bevorzugt ± 10% und am meisten bevorzugt ± 5% des Sollwerts. Jedoch hat sich allgemein herausgestellt, dass die Bewegung des Umlaufventils über ± 10% hinaus keine zusätzlichen Vorteile bringt. Der Umlauffluss wird über ein Temperaturregler (TC-2)-Ausgangssignal den Kompressoreinlassleitschaufeln zugeführt. Der Temperaturregler hält den Zyklusgasflussbereich mittels oberer und unterer Ausgangsklemmen bei, die sich in dem Regler befinden. Der bevorzugte Regler ist ein proportionaldifferenzial- Regler, der die Kompressor(en)-Leitschaufeln einstellt. Die Nullfehler/Nulldifferenz-Ausgabe des Reglers erzeugt den Sollumlauffluss.
(ii) Einrichten der gewünschten Reaktorbetttemperatur. Die gewünschte Reaktorbetttemperatur wird durch den Typ des herzustellenden Polymers und/oder dem bzw. den dem Reaktor zugeführten Monomer(en) beeinflusst, sowie durch den Typ und die Größe des verwendeten Reaktors. Typischerweise ist für jede besonderen gegebenen Polymerisationsharzeigenschaften eine optimale Temperatur bekannt.
(iii) Bestimmen der Ist-Betttemperatur, wenn die Polymerisation fortschreitet. Die Ist-Betttemperatur kann überwacht und beobachtet werden, wenn die Polymerisation fortschreitet. Eine Zunahme der Temperatur führt allgemein zu einer Verstärkung der Reaktion, wenn andere Variablen, wie etwa der Umlaufgasstrom und der Kühlwasserfluss gleich bleiben. Eine Abnahme der Temperatur führt allgemein zu einer Abnahme der Reaktion, wenn Variablen, wie etwa der Umlaufgasfluss und der Kühlwasserfluss gleich bleiben. Die typische Polymerisation ist eine exotherme Reaktion. Eine erhöhte Reaktion erzeugt mehr Wärme in dem Reaktor, was zu einer verstärkten Reaktion und zu verstärktem Wärmeaufbau des Umlaufgases führt. Die Ist-Betttemperatur kann mittels Vorrichtungen wie etwa Thermokopplern bestimmt werden, die sich in der Wand des Reaktors befinden.
(iv) Bestimmen der Wasserflussventilstellung, die erforderlich ist, um (a) die Betttemperatur mit der Sollbetttemperatur in Übereinstimmung zu bringen und (b) die Umlaufgasventilstellung/Fluss auf die Sollumlaufgasventilstellung zu bringen. Die Wasserflussstellung, die erforderlich ist, um die Betttemperatur mit der Sollbetttemperatur in Übereinstimmung zu bringen und die Umlaufgasventilstellung auf die Sollstellung zu bringen, wird durch ein Prozesswärmebalance- oder Reaktionsmodell (im Falle der auf einem Model(beruhenden Kontrolle) und/oder Reglerabstimmparameter bestimmt.
(v) Bestimmen der Umlaufgasventilstellung, die erforderlich ist, um die Ist-Betttemperatur mit der Sollbetttemperatur in Übereinstimmung zu bringen. Die Umlaufgasventilstellung wird durch ein Prozessmodell und/oder Reglerabstimmparameter bestimmt.
(vi) Falls eine Innenschleife vorhanden ist, dann Bestimmung der Ventilstellung zum Erhalt des gewünschten Umlaufflusses. In dem Verfahren der Erfindung wird dies mittels eines Flussreglers erreicht, der mit einer Flusseinstellvorrichtung (z. B. einem Ventil) verbunden ist.
(vii) Einstellen des Wasserventils und der Umlaufgasventile um Beträge, die erforderlich sind, um die vorhergehenden Schritte durchzuführen. Das Einstellen erfolgt durch finale Steuerelemente, wie etwa Ventile.
Optional (viii): Einstellen der Sollumlaufgeschwindigkeitseinstellung, um Reaktorfluidisierungseigenschaften zu bewirken. Dieser Schritt würde durchgeführt, wenn ein verbesserter Gesamtreaktionsbetrieb erreicht werden kann, wie etwa höhere Gesamtraten oder reduziertes Mitreissen von Harz. Die Einstellung der Sollzyklusgeschwindigkeitseinstellung erfolgt durch einen Bediener oder ein übergeordnetes Kontrollsystem.
Die Vorteile des oben beschriebenen Verfahrens sind, dass die Produktionsrate erhöht werden kann, d. h. bis 10%, die Produktionsrate und die Harzeigenschaften näher an den Sollwerten gehalten werden können und die gesamten Betriebskosten reduziert werden können, indem die erforderliche Menge von induzierten Kondensationsmitteln (ICAs) oder anderer Materialien gesenkt wird.
In dieser Beschreibung erwähnte Patente werden bezugnehmend hierin eingeschlossen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert. Mengen sind in Gewichtsprozent, soweit nicht anders angegeben.

BEISPIELE

Beispiel 1 (zum Vergleich). Eine Polymerisation von Ethylen und 1- Buten unter Verwendung eines befestigten Chromkatalysators wird in einem Gasphasenwirbelschichtbettreaktor durchgeführt. Der Reaktor wird kontinuierlich mit einem Gesamtdruck im Bereich von 2,09 bis 2,18 MPa Messwert (298 bis 312 psig) und einer Temperatur im Bereich von 88,5 bis 90,5ºC betrieben. Die Gaszusammensetzung nach Gewicht beträgt 79 bis 83,6% Ethylen; 5, 6 bis 6,25% 1-Buten; weniger als 0,025% Wasserstoff, der Rest Stickstoff, Ethan, Methan, Hexan. Die Polymerisationstestperiode lief über 8 Stunden. Die Strategie der Verfahrenskontrolle war so, wie in Fig. 3 gezeigt, mit dem Regler TC-2 im manuellen Modus. Die Nummerierung der Elemente in Fig. 3 ist die gleiche wie in den Fig. 1 und 2, außer dass die Zahl 8 sich auf Kompressoreinlassleitschaufeln bezieht.
Es fanden die folgenden Aktionen statt:
(1) Es wurde das herkömmliche Verfahren der Betttemperaturkontrolle verwendet, wie zuvor beschrieben.
(2) Der Umlaufgasfluss wurde durch Festlegen der Kompressorleitschaufelstellung beibehalten. Die Strategie der Prozesskontrolle war so wie in Fig. 3 gezeigt, mit dem Regler TC-2 im manuellen Modus.
(3) Die Temperaturkontrollleistung wurde überwacht. Die Standardabweichung der Betttemperatur betrug 0,48.
Beispiel 2. Die Polymerisation von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass die Erfindung angewendet wurde mit einer Sollleitschaufelausgabe von 14,4% und einem Klemmenausgangssignal von ± 0,9%. Die Kontrolle wurde mittels der in Fig. 3 gezeigten Struktur erreicht, mit dem Regler TC- 2 im automatischen Modus.
Die Standardabweichung in der Betttemperatur betrug 0,36. Im Vergleich mit dem Ergebnis von Beispiel 1 ist dies eine 25%-ige Verbesserung in der Abnahme der Betttemperaturschwankung. Diese Verbesserung der Betttemperaturkontrolle wird verwendet, um den Reaktor näher an den Betriebsgrenzen zu betreiben, um hierdurch die Harzqualität zu verbessern und die Menge an minderwertigem Harz zu senken, die während kontinuierlicher Polymerisation im Gasphasenwirbelschichtreaktorbetrieb erzeugt werden. Diese Wirkungen der Erfindung führten auch zu einer verbesserten Reaktorbetriebsfähigkeit.

Claims

1. Kontinuierliches Verfahren zur Polymerisation von (a) einem oder mehreren Alpha-Olefinen und optional zumindest einem Dien, oder (b) eines Diolefins in einer Gasphase in einem Wirbelschichtbettreaktor oder einem Rührtankreaktor mit einem Mittel zum Einstellen der Kühlung des Umlaufgases in der Gegenwart eines

Polymerisationskatalysators, optional in der Gegenwart eines inerten Partikelmaterials, unter Polymerisationsbedingungen einschließlich Sollreaktionstemperatur, -druck, -umlaufflussrate, wasserkühlflussrate für gewünschte Harzeigenschaften, welches die Schritte aufweist:

(i) Einrichten von Grenzen für den Umlaufgasfluss, um für eine gewünschte Fluidisierung zu sorgen;

(ii) Einrichten einer gewünschten Reaktorbetttemperatur;

(iii) Bestimmen der Ist-Betttemperatur, wenn die Polymerisationsreaktion fortschreitet;

(iv) Bestimmen der Wasserflussventilstellung, die erforderlich ist, um (a) die Betttemperatur mit einer Sollbetttemperatur in Übereinstimmung zu bringen, und (b) die Umlaufgasflussventilstellung auf die Sollumlaufgasventilstellung zu bringen;

(v) Bestimmen der Umlaufgasventilstellung, die erforderlich ist, um die Ist-Betttemperatur mit der Sollbetttemperatur in Übereinstimmung zu bringen;

(vi) falls eine Innenschleife vorhanden ist, dann Bestimmen der Ventilstellung zum Erhalten des gewünschten Umlaufflusses;

(vii) Einstellen des Wasserventils und des Umlaufgasventils um Beträge, die erforderlich sind, um die vorangehenden Schritte durchzuführen; und optional

(viii) Einstellen der Sollumlaufgasgeschwindigkeitsstellung, um Reaktorfluidisierungseigenschaften zu beeinflussen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Temperatur im Bereich von 10 ºC bis 130ºC liegt und der Druck im Bereich von 0,7 MPa bis 4,2 MPa (100 psi bis 600 psi) liegt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das polymerisierte Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem

Ethylen- oder Propylenhomopolymer besteht; einem Ethylen- und C&sub3;-C&sub1;&sub2;-Copolymer; sowie Ethylen, C&sub3;-C&sub1;&sub2;, und Dienterpolymer; Polybutadien; und Polyisopren.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Umlaufgasflussrate ± 20% eines Festwerts für den Umlaufgasfluss für eine Polymerisation eines bestimmten Polymers beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Umlaufgasflussrate ± 10% beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Umlaufflussrate unter Verwendung eines Temperaturreglerausgangssignals an den Kompressoreinlassleitschaufeln verstellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Temperaturregler ein Proportional-Differenzial-Regler ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Betttemperatur/Wasserventilregler ein Proportional-Integral- Differenzial-Regler ist und der Betttemperatur/Gasumlaufventilregler ein Proportional-Differenzial-Regler ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Polymerisation in dem Kondensationsmodus oder dem induzierte- Kondensation-Modus durchgeführt wird.